牛頓對(duì)儀器儀表行業(yè)的貢獻(xiàn)——六分儀

艾薩克·牛頓爵士是人類歷史上出現(xiàn)過(guò)的最偉大、最有影響的科學(xué)家，同時(shí)也是物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家，同時(shí)也是萬(wàn)有引力定律和三大運(yùn)動(dòng)定律闡述人。奠定了之后三個(gè)世紀(jì)中物理界的科學(xué)觀點(diǎn)，并成為現(xiàn)代工程學(xué)的基礎(chǔ)。同時(shí)牛頓在天文學(xué)和儀器方面也有所成。

六分儀的原理是牛頓首先提出的。是用來(lái)測(cè)量遠(yuǎn)方兩個(gè)目標(biāo)之間夾角的光學(xué)儀器。通常用它測(cè)量某一時(shí)刻太陽(yáng)或其他天體與海平線或地平線的夾角﹐以便迅速得知海船或飛機(jī)所在位置的經(jīng)緯度。六分儀具有扇狀外形﹐其組成部分包括一架小望遠(yuǎn)鏡，一個(gè)半透明半反射的固定平面鏡即地平鏡﹐一個(gè)與指標(biāo)相聯(lián)的活動(dòng)反射鏡即指標(biāo)鏡。六分儀的刻度弧為圓周的1/6。使用時(shí)﹐觀測(cè)者手持六分儀﹐轉(zhuǎn)動(dòng)指標(biāo)鏡﹐使在視場(chǎng)里同時(shí)出現(xiàn)的天體與海平線重合。根據(jù)指標(biāo)鏡的轉(zhuǎn)角可以讀出天體的高度角﹐其誤差約為±0.2°～±1°。在航空六分儀的視場(chǎng)里﹐有代替地平線的水準(zhǔn)器。這種六分儀一般還有讀數(shù)平均機(jī)構(gòu)。六分儀的特點(diǎn)是輕便﹐可以在擺動(dòng)著的物體如船舶上觀測(cè)。缺點(diǎn)是陰雨天不能使用。

六分儀所基于的原理很簡(jiǎn)單：光線的反射角等于入射角。實(shí)際上，六分儀也可以測(cè)量任意兩物體之間的夾角。其原理最初由牛頓（以及更早的胡克）提出；而固定式大型六分儀很早就由各大天文臺(tái)建造，供天體測(cè)量之用（如第谷在汶島建造的紀(jì)限儀、格林尼治天文臺(tái)的大六分儀等）。航海用六分儀是在扇形框架背面有手柄供握持用，框架上裝有活動(dòng)臂，活動(dòng)臂最上端即是指標(biāo)鏡；半反射式地平鏡安裝在六分儀的左側(cè)（中部，正對(duì)望遠(yuǎn)鏡者），地平鏡旁邊還配有濾光片供測(cè)量太陽(yáng)等明亮天體時(shí)使用。測(cè)量天體地平高度時(shí)，觀測(cè)者手持六分儀，讓望遠(yuǎn)鏡鏡筒保持水平，并從望遠(yuǎn)鏡中觀察被測(cè)天體經(jīng)地平鏡反射所成的像；同時(shí)要調(diào)節(jié)活動(dòng)臂，使星象落在望遠(yuǎn)鏡中所見(jiàn)的地平線上。這也是地平鏡需要用半反射玻璃制造的原因。

在天體的象與地平線重合時(shí)，該天體高度等于地平鏡與指標(biāo)鏡夾角的二倍。通過(guò)幾何光學(xué)中的反射定律，這一點(diǎn)可以很容易地被證明。而根據(jù)這一點(diǎn)來(lái)恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)圓弧標(biāo)尺上的刻度，就可以讓觀測(cè)者直接讀出天體高度。為提高讀數(shù)精度，實(shí)際的六分儀活動(dòng)臂上往往還附有鼓輪和游標(biāo)尺。六分儀的精度比較高，最高能達(dá)到10角秒，且輕便易用，所以它能夠迅速取代之前操作復(fù)雜的星盤，成為在海洋上測(cè)量地理坐標(biāo)的利器，也徹底解決了精確地確定海上航線這一困擾無(wú)數(shù)航海家的難題。1769年，庫(kù)克船長(zhǎng)就是在六分儀的幫助下成功抵達(dá)塔希提島觀測(cè)金星凌日的。

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，儀器是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要“工具”。著名科學(xué)家王大珩先生指出，“機(jī)器是改造世界的工具，儀器是認(rèn)識(shí)世界的工具”。儀器是工業(yè)生產(chǎn)的“倍增器”，是科學(xué)研究的“先行官”，是軍事上的“戰(zhàn)斗力”，是現(xiàn)代社會(huì)活動(dòng)的“物化法官”。不言而喻，儀器在當(dāng)今時(shí)代推動(dòng)科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有非常重要的地位。牛頓提出六分儀原理是對(duì)儀器儀表和天文學(xué)都是一個(gè)進(jìn)步。